KR101240453B1 - 이차전지 전극의 용접 장치 및 방법 - Google Patents

이차전지 전극의 용접 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

제 1 이차전지에 구비된 제 1 전극과 제 2 이차전지에 구비된 제 2 전극에 대한 용접 장치로서, 제 1 전극의 용융점보다 높고 제 2 전극의 용융점보다 낮은 에너지의 레이저 빔을 출사하는 빔 조사기 및 빔 조사기에서 출사되는 레이저 빔을 집광하여 제 1 전극 및 제 2 전극의 접촉 부위로 조사하는 광학계를 포함하는 이차전지 전극의 용접 장치를 제시한다.

Description

이차전지 전극의 용접 장치 및 방법{Apparatus and Method for Welding of Electrode of Secondary Battery}
본 발명은 용접 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이차전지 전극의 용접 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 대한민국에서는 저속 전기차에 대한 특례 규정에 의해서 시내에서 전기 자동차 주행이 허용되었으며, 골프장이나 공항 등에서 이용되고 있는 전동 카트 등도 역시 대용량의 이차 전지를 필요로 한다. 또한 2011년부터는 고속도로를 주행하는 전기 자동차가 등장할 전망이어서 대용량의 이차 전지는 전기 자동차의 보급과 더불어 그 소요가 급증할 것으로 예상된다.
이차 전지로는 납축 전기, 니켈-카드뮴 전지(NIi-Cd), 니켈-수소 전지(Ni-MH, Nikel Metal Hydride), 리튬이온 전지(Li-Ion) 등을 들 수 있다. 이 중에서 리튬이온 전지는 전기화학적 특성이 우수하여 현재까지 상용화된 이차 전지 중 가장 높은 평을 받고 있으며 그만큼 사용량이 가장 많다.
리튬이온 전지는 휴대 전화기와 같이 소용량의 전력이 필요할 경우는 하나의 전지를 단독으로 사용하지만, 전기 자동차와 같이 대용량의 전력이 필요할 경우는 여러 개의 전지를 직렬로 연결하여 사용한다. 리튬이온 전지를 직렬로 결합하기 위해서는 전지의 양극(anode)으로 사용되는 알루미늄(Al)과 음극(cathode)으로 사용되는 동판(Cu)을 접합해야 하며 이들 전극의 두께는 통상 0.2∼0.5mm이다.
Cu-Al 전극을 접합하는 방법으로는 용접 방식과 기계적인 체결방식이 적용되고 있다. 먼저 기계적인 체결방식은 볼트와 너트로 체결하는 방식인데 용접 방식에 비해 접촉 저항이 높고 장시간 사용시 알루미늄과 동의 부식으로 인해 저항이 지속적으로 높아지며 이동 중 진동으로 인해 체결력이 약화될 수 있는 등 많은 문제를 안고 있다.
용접을 이용한 방법에는 저항 용접 및 레이저 용접이 있다.
저항 용접이란 피용접재에 압력을 가한 상태에서 큰 전류를 흘려주어 금속끼리의 접촉면에서 생기는 접촉저항과 금속의 고유저항에 의해 열을 얻고, 이로 인하여 금속이 가열 또는 용융하면 가해진 압력에 의해 접합이 이루어지도록 하는 공법을 말한다. 그런데, 알루미늄과 동은 [표 1]에 나타낸 것과 같이 전기 저항이 매우 낮기 때문에 저항 용접이 곤란하다. 아울러, 이들 두 금속의 융점 차이가 극심하기 때문에 저항 용접에 의한 접합 방식은 부적절하다.
특성 Cu
(Cu-ETP)		 Al
(Al 99.5%)
결정구조 fcc fcc
밀도 [g/cm3] 8.9 2.7
전기전도율
[106*S/m]		 57 34
열전도율
[W/m*K]		 394 210
열팽창 계수 [10-6/m] 16.8 23.5
용융점[℃] 1,083 646
비등점 [℃] 2,567 2,467
이에 따라, 레이저를 이용하여 양극의 알루미늄과 음극의 동판을 용접하는 공정이 개발되고 있는 추세에 있다.
그런데, 알루미늄과 동판을 레이저 용접하기 위해서는 여러가지 문제점이 있다. 첫 번째, 알루미늄과 동은 레이저 흡수율이 낮다는 것인데, 한 연구에 의하면 산업용 레이저의 파장대에서 알루미늄과 동의 빔 흡수율은 5% 이하인 것으로 보고되었다. 즉, 반사율이 높고 빔 흡수율이 낮기 때문에 효율적인 레이저 용접이 곤란하다.
두 번째 문제점은 야금학적인 문제점으로, 알루미늄과 동은 용융상태에서 금속간 화합물을 형성한다는 것이다. 이러한 금속간 화합물은 기계적 진동 및 열 변동에 취약한, 이른바 취성이 강한 문제점이 있다.
세 번째 문제점은 생산성 향상을 고려하여 모재 형상을 설계하는 데 어려움이 따른다는 것이다. 즉, 알루미늄과 동 전극의 모재 형상 설계는 레이저 빔의 반사율, 두 모재의 큰 용융점차, 금속간 화합물 형성의 최소화, 모재 고정 방안 등을 모두 고려하여 설계되어져야 한다.
이러한 어려움에도 불구하고, 이차 전지의 용접에는 레이저 용접이 가장 효율적이므로 다양한 용접 방법이 제안되고 있다.
도 1은 일반적인 이차 전지 전극의 용접 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1의 (a)는 맞대기(butt joint) 방식, (b) 및 (c)는 겹치기(lap joint) 방식, (d)는 모서리(edge) 용접 방식을 나타낸다. 또한, (e)는 스캐너를 통해 출사되는 레이저 빔을 요동(oscillation)하면서 용접하는 방식을 나타낸다. 아울러, (f)는 Cu-Al 전극 용접에서 발생되는 취성이 강한 금속간 화합물의 생성을 방지하기 위해서 Cu-Al의 클래드(clad)를 매개로 Al 전극은 Al으로 용접하고 Cu 전극은 Cu로 용접하는 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 맞대기 및 겹치기 용접의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
맞대기 용접을 하기 위해서는 0.4mm 내외의 박판인 전극을 정확하게 맞대어야 한다. 하지만 조밀하게 배열된 리튬이온 전지들 사이에서 기계적으로 상하 좌우의 갭(G1, G2)을 일정하게 유지한다는 것은 현실적으로 곤란한 방법이며 특히 용접선 추적(Seam tracking)에 큰 어려움이 있다.
겹치기 이음의 경우 역시 박판인 Cu-Al 전극을 갭(G3) 없이 일정한 간격으로 유지하는 것은 기구적으로 곤란하다.
더욱이, 두 전극 간의 갭 사이로 레이저 빔이 통과하여 전극 조립체에 조사될 수 있으며, 이는 단위 셀의 파손, 화재 등을 유발할 수 있다. 이를 해결하기 위해 도 1의 (c)와 같이 레이저 빔을 측면에서 조사하는 방법을 생각할 수 있으나, 이는 레이저 빔의 조사 위치에 변이가 발생할 가능성이 있으며, 작업 효율이 저하되는 등의 문제가 있다.
본 발명은 전기 저항을 최소화할 수 있는 이차전지 전극의 용접 장치 및 방법을 제공하는 데 그 기술적 과제가 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 금속간 화합물의 생성을 방지할 수 있는 이차전지 전극의 용접 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지 전극의 용접 장치는 제 1 이차전지에 구비된 제 1 전극과 제 2 이차전지에 구비된 제 2 전극에 대한 용접 장치로서, 상기 제 1 전극의 용융점보다 높고 상기 제 2 전극의 용융점보다 낮은 에너지의 레이저 빔을 출사하는 빔 조사기; 및 상기 빔 조사기에서 출사되는 레이저 빔을 집광하여 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 접촉 부위로 조사하는 광학계;를 포함한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지 전극의 용접 방법은 제 1 이차전지에 구비된 제 1 전극과 제 2 이차전지에 구비된 제 2 전극에 대한 용접 방법으로서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 접촉시키는 단계; 상기 제 1 전극의 용융점보다 높고 상기 제 2 전극의 용융점보다 낮은 에너지의 레이저 빔을 출사하는 단계; 및 상기 레이저 빔을 집광하여 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 접촉 부위로 조사하는 단계;를 포함한다.
본 발명에서는 구리의 용융점보다 낮고 알루미늄의 용융점보다 낮은 에너지의 레이저 빔을 조사하여 이차전지의 전극을 레이저 용접한다. 따라서, 구리는 고상을 유지한 상태에서 액화된 알루미늄이 구리 측으로 확산되어 두 전극 간을 접촉시킴으로써 금속간 화합물의 발생을 억제할 수 있다.
더욱이, 종단에 반사부가 구비된 이차전극에 대해 본 발명을 적용하는 경우 레이저 빔이 두 전극 간에 다중 반사를 일으켜 레이저 빔의 오조사되거나 전극이 오정렬된 경우에도 두 전극을 접속시킬 수 있게 된다.
또한, 가압 수단에 의해 두 전극을 밀착시킨 상태에서 용접이 이루어지므로, 두 전극 간의 접촉 면적이 증가하고, 결과적으로 전기저항을 모재 수준으로 낮출 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일반적인 이차 전지 전극의 용접 방법을 설명하기 위한 도면,
도 2는 맞대기 및 겹치기 용접의 문제점을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지 전극의 용접 장치의 구성도,
도 4는 도 3에 도시한 용접 장치에 적용되는 이차전지 전극 구조의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 3에 도시한 용접 장치에 적용되는 이차전지 전극 구조의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 4에 도시한 이차전지의 전극에 대한 용접 방법을 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 5에 도시한 이차전지의 전극에 대한 용접 방법을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명에 의한 레이저 용접의 원리를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지 전극의 용접 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지 전극의 용접 장치의 구성도이다.
도시한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 용접 장치(10)는 전체적인 동작을 제어하는 제어부(110), 광원(120)에서 출사되는 레이저 빔을 지정된 파워 및 크기로 출력하는 빔 조사기(130), 광학계(150)를 구동하는 모터(140), 빔 조사기(130)에서 출력되는 레이저 빔을 집광하여 용접 대상물 즉, 한 쌍의 전극에 대한 접촉부로 조사하는 광학계(150), 한 쌍의 전극에 대한 접촉부 외측에서 전극이 밀착되도록 가압하는 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164) 및 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)를 직선운동시키는 가압부(160)를 포함한다.
광학계는 텔레센트릭(telecentric) 렌즈, 또는 에프-세타(f-theta) 렌즈를 이용하여 구성할 수 있으며, 모터(140)의 구동력에 의해 고속으로 왕복 운동하여 전극의 접촉 부위에 레이저 빔이 조사될 수 있도록 한다.
제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)은 원통형상 또는 반원통형상으로 구성할 수 있으며, 그 길이는 전극의 너비를 고려하여 결정할 수 있다. 아울러, 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)의 직경은 전극의 접촉 면적을 고려하여 결정할 수 있다. 바람직하게는 두 전극 간의 접촉 면적을 넓게 하여 전기저항을 낮출 수 있도록, 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)과 전극과의 접촉 면적은 넓게 할수록 유리하다.
이러한 용접 장치(10)를 이용하여, 제어부(110)를 통해 가압부(160)를 구동한다. 가압부(160)는 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)을 직선운동시켜 용접하고자 하는 한 쌍의 전극을 외측으로부터 용접 부위 측으로 강하게 밀착시킨다.
이러한 상태에서, 광학계(150)에서 집광된 레이저 빔을 전극의 접촉 부위로 조사한다.
그리고, 레이저 빔에 의해 전극의 온도가 기 설정된 온도까지 상승하면 가압부(160)에 의해 가압 상태에 있는 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)을 회전력에 의해 수직 상승시킨다. 이에 따라 용접하고자 하는 한 쌍의 전극에 대한 접촉 부위를 확대할 수 있다.
리튬-이온 이차전지의 전극으로 사용되는 알루미늄 및 구리는 그 용융점이 매우 차이가 난다. 즉, 구리의 용융점은 1,083℃로 높은 반면 알루미늄의 용융점은 646℃로 상대적으로 낮다.
따라서, 구리는 용융되지 않고 알루미늄이 용융될 정도의 에너지로 레이저 빔을 조사하면 액상으로 변환된 알루미늄이 고상을 유지하는 구리 측으로 확산되어 두 전극이 용접되게 된다. 즉, 구리가 고상을 유지하기 때문에 금속간 화합물이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 한 쌍의 전극이 접촉부위 외측으로부터 내측으로 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)에 의해 강하게 밀착시키고, 레이저 빔이 조사되어 전극의 온도, 바람직하게는 알루미늄 전극의 온도가 기 설정된 압접 온도까지 상승하면 가압수단(162, 164)을 회전시켜 상측으로 수직 이동시키기 때문에 레이저 빔이 오조사되는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라 접촉 면적을 충분히 확보할 수 있다.
본 발명의 용접 장치(10)에서 용접 효율을 극대화하기 위해 이차전지의 전극은 도 4 및 도 5와 같이 구성할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시한 용접 장치에 적용되는 이차전지 전극 구조의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 적용되는 이차전지(20)는 전극 조립체가 내장된 본체(22) 및 일단이 본체(22)에 접속되어 본체(22)의 외부로 연장되는 전극 탭(24)을 포함한다. 아울러, 전극 탭(24)은 타단에 지정된 각도(θ)로 휘어지도록 구성되는 반사부(241)를 포함한다. 반사부(241)는 인접 단위 셀의 전극과 접촉을 위해 접촉 부위의 반대측으로 지정된 길이(a; 0.2~5mm) 휘어지도록 형성할 수 있다. 즉, 반사부(241)의 휨 각도(θ)는 수직측에 대해 0°<θ<90°, 바람직하게는 2°<θ<45° 되도록 할 수 있다.
이에 더하여, 전극 탭(24)은 반사부(241)와 본체(22)를 연결하는 리드부(243, 245)를 더 포함한다. 그리고, 리드부(243, 245)는 반사부(241)로부터 본체(22)측으로 본체(22)의 길이방향으로 수직 형성되는 제 1 판부(243) 및 제 1 판부(243)와 본체를 연결하는 제 2 판부(245)를 포함하도록 형성할 수 있다.
여기에서, 제 1 판부(243)는 평판형이며, 그 길이(b)는 1~10mm로 형성할 수 있다.
도 5는 도 3에 도시한 용접 장치에 적용되는 이차전지 전극 구조의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시한 이차전지(30)는 전극 조립체가 내장된 본체(32) 및 일단이 본체(32)에 접속되어 본체(32)의 외부로 연장되는 전극 탭(34)을 포함한다. 아울러, 전극 탭(34)은 타단에 지정된 각도로 휘어지도록 구성되는 반사부(341)를 포함한다. 도 4의 경우와 유사하게, 반사부(341)는 인접 단위 셀의 전극과 접촉을 위해 접촉 부위의 반대측으로 지정된 길이(0.2~5mm) 휘어지도록 형성할 수 있다. 즉, 반사부(341)의 휨 각도는 수직측에 대해 0°<θ<90° 되도록 할 수 있다.
이에 더하여, 전극 탭(34)은 반사부(341)와 본체(32)를 연결하는 리드부(343, 345, 347)를 더 포함한다. 그리고, 리드부(343, 345, 347)는 반사부(341)로부터 본체(32)측으로 본체(32)의 길이 방향으로 수직 형성되는 제 1 판부(343), 제 1 판부(343)로부터 굴곡을 갖도록 연장되는 굴절부(345), 굴절부(345)와 본체를 연결하는 제 2 판부(347)를 포함하도록 형성할 수 있다.
도 6은 도 4에 도시한 이차전지의 전극에 대한 용접 방법을 설명하기 위한 도면이다.
한 쌍의 이차전지의 각 본체(22a, 22b)에 각각 구비된 인접하는 전극 탭을 접촉시키면, 제 1 판부(243a, 243b)가 상호 접촉되게 된다. 아울러, 도 1에 도시한 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)을 제 1 판부(243a, 243b)의 접촉 부위 외측에 위치시키고, 이를 접촉 부위 측으로 가압하면 제 1 판부(243a, 243b)의 밀착 특성이 대폭 향상된다.
이러한 상태에서, 구리의 용융점보다 낮고 알루미늄의 용융점보다 높은 에너지의 레이저 빔을 빔 조사기(130)를 통해 조사하고, 이를 광학계(150)에 의해 집광하여 두 전극의 접촉 부위로 조사한다.
광학계(150)는 모터(140)의 구동에 의해 고속으로 왕복 운동하면서 두 전극의 접촉 부위에 레이저 빔을 조사하게 되며, 이와 함께 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)이 두 전극을 강하게 밀착시키고 있으므로, 금속간 화합물의 발생 없이 두 전극을 강하게 용접할 수 있다. 아울러, 레이저 빔이 조사되어 전극의 온도가 기 설정된 온도까지 상승하면 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)을 회전력에 의해 상승시킴으로써 두 전극의 밀착 특성이 더욱 향상됨은 물론 접촉 면적을 더욱 확대할 수 있다.
더욱이, 이차전지의 전극탭이 도 4에 도시한 것과 같은 구조를 갖는 경우, 제 1 판부(243a, 243b)의 길이(b)만큼 두 전극의 접촉 면적이 확보되므로 전기 저항을 최소화하면서도, 두 전극을 강하게 접촉시킬 수 있다.
도 7은 도 5에 도시한 이차전지의 전극에 대한 용접 방법을 설명하기 위한 도면이다.
한 쌍의 이차전지의 각 본체(32a, 32b)에 각각 구비된 인접하는 전극 탭을 접촉시키면, 제 1 판부(343a, 343b)가 상호 접촉되게 된다. 아울러, 도 1에 도시한 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)을 제 1 판부(343a, 343b)의 접촉 부위 외측에 위치시키고, 이를 접촉 부위 측으로 가압하면 제 1 판부(343a, 343b)의 밀착 특성이 대폭 향상된다.
이러한 상태에서, 구리의 용융점보다 낮고 알루미늄의 용융점보다 높은 에너지의 레이저 빔을 빔 조사기(130)를 통해 조사하고, 이를 광학계(150)에 의해 집광하여 두 전극의 접촉 부위로 조사한다.
광학계(150)는 모터(140)의 구동에 의해 고속으로 왕복 운동하면서 두 전극의 접촉 부위에 레이저 빔을 조사하게 되며, 이와 함께 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)이 두 전극을 강하게 밀착시키고 있으므로, 금속간 화합물의 발생 없이 두 전극을 강하게 용접할 수 있다.
아울러, 레이저 빔이 조사되어 전극의 온도가 기 설정된 온도까지 상승하면 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)을 회전력에 의해 상승시켜 두 전극의 밀착 특성이 더욱 향상됨은 물론 접촉 면적을 더욱 확대할 수 있다.
이차전지의 전극탭이 도 5에 도시한 것과 같은 구조를 갖는 경우, 제 1 판부(343a, 343b)의 길이만큼 두 전극의 접촉 면적이 확보되므로 전기 저항을 최소화하면서도, 두 전극을 강하게 접촉시킬 수 있다.
나아가, 도 5에 도시한 전극 탭은 굴절부(345a, 345b)를 구비한다. 따라서, 두 전극을 접촉시킬 때 굴절부(345a, 345b)가 상호 체결되는 결과를 가져온다. 따라서, 제 1 판부(343a, 343b)가 정확히 접촉되지 않고 갭을 형성하는 경우에도 레이저 빔이 본체(32a, 32b)에 조사되지 않고 굴절부(345a, 345b)에서 반사되기 때문에 화제 발생이나 본체(32a, 32b)의 파괴 등을 미연에 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명에 의한 레이저 용접의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서는 구리의 용융점보다 낮고 알루미늄의 용융점보다 높은 에너지의 레이저 빔을 조사하여 알루미늄을 용해시켜 구리 측으로 확신시킨다. 즉, 구리는 고상을 유지하기 때문에 금속간 화합물이 발생하는 일 없이 두 전극을 접촉시킬 수 있다.
더욱이, 도 8에 도시한 것과 같이, 레이저 빔의 어긋남, 또는 박판으로 이루어지는 전극의 변형 및 어긋남 등의 이유로 인해 레이저 빔이 접촉 부위에 정확히 조사되지 않는 경우에도 일측 전극의 반사부(241a)에 조사된 빔이 타측 전극으로 반사되는 다중 반사 현상이 일어나게 된다. 따라서, 레이저 빔이 제 1 판부(243a, 243b) 간을 반사 이동하면서 알루미늄 전극을 용해시키고, 용해된 알루미늄이 구리 전극 측으로 확산되어 두 전극이 강하게 접촉될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지 전극의 용접 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 용접하고자 하는 이차전지 단위 셀을 정렬시키고, 제어부(110)를 통해 레이저 출력 에너지, 출력 시간 등을 포함하는 제어 파라미터를 설정한다(S10).
이후, 제어부(110)의 제어에 의해 가압부(160)를 구동하여(S20) 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)을 이차전지 전극의 접촉부위 측으로 압박한다.
이와 함께, 모터(140)를 구동하여 광학계(150)를 왕복 운동시키며(S30), 빔 조사기(130)를 통해 기 설정된 에너지의 레이저 빔을 광학계(150)로 조사한다(S40).
모터(140)에 의해 왕복운동하는 광학계(150)는 기 설정된 에너지의 레이저 빔을 두 전극의 접촉 부위로 조사하게 되며, 이 때 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)이 두 전극을 접촉 부위 측으로 압박하고 있으므로 제 1 판부(도 6의 243a, 243b)(도 7의 343a, 343b)가 서로 강하게 접촉된 상태를 유지한다.
접촉 부위로 조사되는 레이저 빔은 두 전극 간에 반사 현상을 일으키면서 알루미늄을 용해시켜 구리 측으로 확산시키고, 이에 의해 두 전극이 전기적으로 접속되게 된다.
결국, 두 전극은 제 1 판부(도 6의 243a, 243b)(도 7의 343a, 343b)의 길이에 해당하는 만큼 접촉 면적을 확보할 수 있어 전기 저항을 최소화할 수 있다. 나가가 구리를 용해시키지 않고 알루미늄만을 용해시켜 접촉이 이루어지도록 함으로써 금속간 화합물이 유발되지 않은 상태로 두 전극을 우수한 접촉 특성으로 접속시킬 수 있다.
또한, 레이저 빔이 조사되어 전극의 온도가 기 설정된 온도까지 상승하면 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)을 회전력에 의해 상승시키는 경우 두 전극의 밀착 특성이 더욱 향상됨은 물론 접촉 면적을 더욱 확대할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 용접 장치(10)를 구성하는 광학계(150)의 헤드와 제 1 및 제 2 가압수단(162, 164)은 X, Y, Z축에서 동일한 좌표값으로 이동할 수 있도록 설계할 수 있다. 이 경우, 레이저 빔의 도달점과 용접해야할 전극의 용접선은 항상 동일하게 제어될 수 있다. 따라서, 용접선 추적 장치 등이 불필요하므로 자동화 시스템 구축에 매우 유리하다.
Cu-Al의 낮은 레이저 빔의 흡수율은 역으로 보면 반사율이 높다라는 것이다. 따라서, Cu-Al 전극의 높은 반사율을 적극적으로 활용하여, 전극의 타단에 반사부를 도입하고, 이를 통해 레이저 빔이 높은 반사율에 의해 다중 반사(multi-reflection)시킨다. 또한, 반사부로부터 본체 측으로 연장 형상되는 판부 전체를 용접하기 때문에 용접 후 두 전극 간의 전기저항을 거의 모재 수준으로 유지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 용접 장치
110 : 제어부
120 : 광원
130 : 빔 조사기
140 : 모터
150 : 광학계
160 : 가압부
162, 164 : 가압수단

Claims (16)

  1. 제 1 이차전지에 구비된 제 1 전극과 제 2 이차전지에 구비된 제 2 전극에 대한 용접 장치로서,
    상기 제 1 전극의 용융점보다 높고 상기 제 2 전극의 용융점보다 낮은 에너지의 레이저 빔을 출사하는 빔 조사기;
    상기 빔 조사기에서 출사되는 레이저 빔을 집광하여 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 접촉 부위로 조사하는 광학계;
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 접촉부위 외측에 각각 위치되는 제 1 및 제 2 가압 수단; 및
    상기 제 1 및 제 2 가압 수단을 상기 접촉부위측으로 이동시키는 가압부;를 포함하고,
    상기 빔 조사기에서 출사되는 레이저 빔에 의해 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극의 온도가 기 설정된 온도까지 상승하는 경우, 상기 가압부가 상기 제 1 및 제 2 가압수단을 회전 상승시키는 이차전지 전극의 용접 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 종단에 상기 접촉부위의 반대측으로 지정된 각도 휘어진 반사부를 구비하는 이차전지 전극의 용접 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 종단에 상기 접촉부위의 반대측으로 지정된 각도 휘어진 반사부를 구비하는 이차전지 전극의 용접 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 종단에 상기 접촉부위의 반대측으로 지정된 각도 휘어진 반사부를 구비하는 이차전지 전극의 용접 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 반사부로부터 상기 제 1 이차전지의 본체 측으로 수직 연장 형성되는 판부를 구비하는 이차전지 전극의 용접 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 판부로부터 상기 제 1 이차전지의 본체 측으로 굴곡되도록 연장 형성되는 굴절부를 구비하는 이차전지 전극의 용접 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 종단에 상기 접촉부위의 반대측으로 지정된 각도 휘어진 반사부를 구비하는 이차전지 전극의 용접 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 상기 반사부로부터 상기 제 2 이차전지의 본체 측으로 수직 연장 형성되는 판부를 구비하는 이차전지 전극의 용접 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 상기 판부로부터 상기 제 2 이차전지의 본체 측으로 굴곡되도록 연장 형성되는 굴절부를 구비하는 이차전지 전극의 용접 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학계의 헤드, 상기 제 1 및 제 2 가압수단은 동일한 좌표값으로 이동하는 이차전지 전극의 용접 장치.
  13. 제 1 이차전지에 구비된 제 1 전극과 제 2 이차전지에 구비된 제 2 전극에 대한 용접 방법으로서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 접촉시키는 단계;
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 접촉 부위 외측에서 제 1 가압수단 및 제 2 가압수단을 통해 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 상기 접촉부위 측으로 밀착시키는 단계;
    상기 제 1 전극의 용융점보다 높고 상기 제 2 전극의 용융점보다 낮은 에너지의 레이저 빔을 출사하는 단계;
    상기 레이저 빔을 집광하여 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 접촉 부위로 조사하는 단계; 및
    레이저 빔을 조사한 후 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극의 온도가 기 설정된 온도까지 상승하면, 상기 제 1 및 제 2 가압수단을 회전 상승시키는 단계;
    를 포함하는 이차전지 전극의 용접 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 접촉 부위로 조사하는 단계는, 상기 레이저 빔이 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 상에서 다중 반사를 일으키는 단계인 이차전지 전극의 용접 방법.
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